我國低壓管道輸水灌溉工程在設計和運行方面的問題與對策

【摘要】隨著混凝土襯砌渠道的弊端日益顯露，節水省地、生態效益良好的管道灌溉技術越來越受到重視。本文概述了國內外低壓管道輸水灌溉工程的發展狀況，介紹了我國低壓管灌在設計和運行方面所取得的成果，并分析了其中仍存在的問題。最后，給出了幾點關于定型設計、灌溉制度和灌區量水方面的建議。

【關鍵詞】低壓管道輸水灌溉；設計；運行；問題

引言

進入新世紀以來，中央連續出臺一號文件要把節水灌溉作為重要戰略來抓，全國各地掀起了節水灌溉的建設熱潮。其中，渠道混凝土襯砌不僅節水效果明顯，而且工藝成熟，造價低，因而被廣泛應用。但近幾年來，渠道混凝土襯砌的弊端不斷顯露，尤其會對水田中青蛙、蛤蟆等生物造成致命傷害，從而影響當地生物多樣性，破壞農田原有的生態環境。管道灌溉作為高效節水灌溉技術，具有省水、省地、省工、省時等優點，而且不會破壞農田生態環境，因而越來越受到重視。

低壓管道輸水灌溉工程是指以地埋管道進行輸水，而在田間仍采用地面灌溉的工程。由于其管道系統的壓力一般不超過300kPa，故被冠以“低壓”。低壓管灌適合各類農作物，其一次性投資與運行費用均省于噴、微灌，更適合向大田作物推廣，也符合我國國情。

1、國內外低壓管灌發展概況

1.1 國外低壓管灌發展概況

在美國低壓管道灌溉被認為是節水最有效、投資最省的一種灌水技術，早在上世紀20年代就開始應用于加利福尼亞的圖爾洛克灌區。目前，美國大多數大型灌區都實現了灌溉管道化。以色列的輸水管道工程堪稱國際一流，其輸水管道不僅用于供水，而且可以用于回灌地下水，促進了水的回歸和再利用。日本十分重視管道灌溉的設計和科研工作，尤其是在自動化、半自動化給水裝置方面，研究出了可調節定流量閥以及恒壓、恒量取水栓等。

1.2 國內低壓管灌發展概況

我國自上世紀50年代開始低壓管道輸水灌溉技術的開發應用，起初主要在北方的井灌區推廣。目前，我國井灌區低壓管道輸水灌溉技術已經成熟，而在渠灌區推行管道灌溉才是我國農業節水的重點。渠灌區從 20 世紀 80 年代開始進行大量的試驗研究，在管網設計、分水量水等方面取得了許多成功的經驗。但由于大口徑管材及管件難以配套，相應的標準規范體系也不完善，低壓管道輸水灌溉技術在大中型灌區的應用有限。

截至2010年，我國低壓管道輸水灌溉面積已發展到667萬hm2 ，約占全國節水灌溉面積24.5%。“十三五”期間更是要求全國每年新增管道灌溉（含低壓管道輸水灌溉）面積2000萬畝。

2、工程設計和運行方面取得的成果

2.1 小型機電灌區“渠改管”的成功經驗

低壓管道輸水灌溉工程在小型機電灌區的定型設計方面積累較多經驗。不同灌溉面積（一般在1500畝以下）、不同揚程的管灌區泵型的選擇，不同輪灌工作制度下所對應的干支管道的流量和管徑都做了較為詳細的整理及總結。

2.2 量、配水裝置的研發與應用

90年代后期隨著節水認識的提高，量水工作逐步引起重視，各類流量計如電磁流量計、超聲波流量計、渦輪流量計等開始廣泛應用于各提水泵站。此外一些組合型多功能提水設施也具有量水功能，例如揚州大學自主研發的集水泵、電機、量水、防盜等于一體的機泵柜。配水方面，研制了一系列田間配水裝置，如山東省蒼山縣自行研制的一種自壓開關給水栓，水利部推廣的G2Y5-H型球閥移動式給水栓等。

2.3 自動化、智能化管理系統的推廣

近年來，隨著水利現代化建設的開展，先進的信息化、自動化技術為大規模灌溉管網的使用提供了有效的管理工具。數字化、自動化技術在低壓管道輸水灌溉工程管理中應用水平不斷提高，如灌區水情自動監測系統、多級配水自動控制系統、群井聯合調度系統以及田間量配水自動監測信息系統等都被成功開發，并在各類示范區成功應用。

3、工程設計和運行方面存在的問題

3.1 規劃設計方面

（1）規范標準有待完善

國家現行的管道輸水技術規范體系不全且老化嚴重，而且主要針對管網控制面積80hm2以下，系統工作壓力在0.3MPa以內的灌溉區域。對于控制面積較大的灌區目前尚無系統的管道灌溉規劃設計的標準或規范。

（2）布置模式有待研究

灌溉管網的經濟技術性不僅受種植作物生長規律的影響 ，還與當地的地形、地貌特征，水源情況及氣候條件等因素密切相關。針對不同地區不同作物的具體情況，目前尚缺乏較為全面的灌溉管網布置模式的研究。

（3）經濟分析有待深入

隨著灌溉面積增大，管網布置級數增加，加大了管道布置形式及管徑選擇的復雜程度。而目前的研究大多只針對管網布置形式優化和管徑優化的其中一方面，如何同時優化管網布置形式及管徑大小，使得在單位面積內灌溉管網的一次性投資的年折算費用與年運行費用之和最低，目前仍然有待深入研究 。

（4）模擬仿真手段落后

關于管道水力計算的模型，目前多以恒定流計算為主，而且主要運用經驗公式，對于復雜管網的非恒定流過程尚難以準確模擬。因此往往無法從物理機理的角度科學地確定進排氣閥、安全閥的數量和位置，而僅憑工程經驗進行保守設計，致使灌溉管網難以在經濟可行域內安全運行。

3.2 運行管理方面

（1）穩定性問題

在家庭聯產承包責任之下，我國許多灌區仍未實現土地流轉，一個300-500畝的機電灌區可能涉及上百農戶，灌溉分散無序。而灌溉管網多是按照固定的灌溉制度所設計，導致灌溉管網在實際工作的過程中，揚程和流量極不穩定，一方面使得灌溉設施不能正常發揮效益，另一方面也使水泵效率大大下降，浪費了大量能源。

（2）計量方式落后

計量設備精度不夠，且水頭損失較大計量不便，部分自動化計量設備價格昂貴，操作復雜。隨著大規模灌溉管網的發展，一方面，對于大口徑、大流量的管道自動化計量設備有待開發；另一方面，如何實現“計量到戶” ，開發合適的田間取水裝置也亟待解決。

（4）管理軟件實用性不強

在管網自動化控制方面，現有軟件或者過于復雜，通用性不高，難以大面積推廣；或者軟件過于平庸，功能單一，速度慢、精度低，無法滿足灌溉信息頻繁變化的實際調、配水需要。

4、建議

（1）定型設計 可以針對不同區域、（下轉第頁）

（上接第頁）

不同作物等情況，更加完善灌溉管網布置的定型設計。例如，可以在管徑定型設計時考慮不同作物的灌水定額，還可以考慮管道工作制度，田間灌水方法，一次灌水延續時間等因素形成更全面的工程手冊。

（2）灌溉制度 對于已實施土地流轉、農場化經營、規模化種植的地區，應合理編制輪灌工作制度，優化用水次序，嚴格控制同時工作的放水口門；對分散經營，未實現規模化種植的地區，由于農戶各自種植，用水特點隨機、無序，執行輪灌制度困難，則應積極推廣恒壓變頻系統。

（3）灌區量水 采用管道灌溉一般更有利于灌溉用水的計量，可在灌溉泵站出水口安裝可視可讀的超聲波流量計、電磁流量計，或在水源處安裝一體式機泵柜；下級管網的量水裝置的配置可根據灌區的控制面積和管網級數而定，有條件的地區應實現計量到戶。以干、支兩級管網為例，可在泵站出水口安裝電磁流量計，干、支管道連接處安裝超聲波流量計，最后在每個給水栓或者出水口安裝壓力水表實現量水到戶。

5、結語

隨著環境友好型、資源節約型社會建設進程的深入，節水、節能又不影響農田生態環境的低壓管道輸水灌溉是目前大田作物農業現代化改革的方向和潮流。而只有在建設過程中不斷優化規劃設計方法和運行管理方案，才能因地制宜，解決問題，做到建一片成一片，發揮效益一片。

參考文獻：

[1]譚誠，蘭才有，蔡振華等.國內外節水灌溉發展趨勢探討[J].農業機械，2008，（9）：189-190.

[2]劉群昌.低壓管道輸水灌溉技術[J].中國水利，2008，（23）：64-65.

[3]梁春玲，劉群昌，王韶華等.低壓管道輸水灌溉技術發展綜述[J].水利經濟，2007，2（5）：35-37.

[4]武陽，李益農，劉群昌等.大規模灌溉管網的發展分析研究[J].中國農村水利水電，2015，（1）：1-3.

[5]涂琴，李紅，蔡彬等.江蘇省節水灌溉技術發展現狀及趨勢[J].農機化研究，2013，（4）：240-244.